Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa sử dụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sảnxuất, gia công, chế biến sản
Trang 1Đà Nẵng, 2022
Trang 2MSSV : 2321113356
Niên khóa 2017 – 2022
Trang 3Em cũng xin gửi lời tri ân và biết ơn sâu sắc đến thầy Phan Cường người đã tậntình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khoá luận
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện,quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoáluận tốt nghiệp
Sinh viên thực hiện
PHAM HONG THANG
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do em tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từtài liệu hay công trình đã có trước đó Nếu có bất kì sự gian lận hay sao chép nào,
em xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình
Sinh viên thực hiện
PHAM HONG THANG
Trang 5TÓM TẮT
Tên đề tài: Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200
Sinh viên thực hiện: PHẠM HỒNG THẮNG
Mã sinh viên: 2321113356 Lớp: EDT2
Tóm tắt nội dung trình bày bao gồm:
Chương 1: Tổng Quan
Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dungnghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, các chuẩn truyềnthông, giao thức
Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế
Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lý của hệ thống
Chương 4: Lập trình phần mềm hệ thống.
Viết chương trình và đưa ra lưu đồ thuật toán
Chương 5: Kết quả - Nhận xét – Đánh giá và hướng phát triển.
Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệthống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống và đưa ra hướng phát triển
Trang 6TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: PHẠM HỒNG THẮNG
Mã số sinh viên: 2321113356 Lớp: EDT2
Chuyên ngành: Tự động hóa
1 Tên đề tài đồ án:
Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200.
2 Đề tài thuộc diện: (nếu có)
☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Sử dụng PLC S7-1200, Arduino, bộ chuyển đổi nguồn 24V
Cảm biến màu sắc TCS3200, cảm biến hồng ngoại, rơle trung gian
Nút nhấn, đèn báo, động cơ, băng tải, xi lanh khí nén, van điện từ khí nén
4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
a) Nội dung đề tài:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Tính toán và thiết kế
Chương 4: Lập trình phần mềm hệ thống
Chương 5: Kết quả - Nhận xét - Đánh giá và hướng phát triển
b) Nội dung sinh thực hiện:
Tìm hiểu về các thiết bị phần cứng
Lắp đặt mô hình
5 Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):
Sơ đồ nguyên lý hệ thống, Sơ đồ mạch lực của hệ thống
Lưu đồ thuật toán của hệ thống
Đà Nẵng , ngày….tháng.…năm 202…
Người hướng dẫn
Ths Phan Cường
Trang 7MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
MỞ ĐẦU 2
Chương 1: TỔNG QUAN 3
1.1 Đặt vấn đề 3
1.2 Mục tiêu 3
1.3 Nội dung nghiên cứu 3
1.4 Giới hạn 4
1.5 Bố cục 4
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5
2.1 Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm 5
2.2 Nguyên tắc phân loại sản phẩm 5
2.2.1 Phân loại theo kích thước 5
2.2.2 Phân loại theo màu sắc 5
2.2.3 Phân loại theo khối lượng 5
2.3 Tổng quan về PLC và PLC S7-1200 5
2.3.1 Tổng quan về PLC 5
2.3.2 Giới thiệu về PLC S7-1200 9
2.4 Giới thiệu chung về Arduino 13
2.4.1 Giới thiệu chung về Arduino 13
2.4.2 Giới thiệu chung về Arduino Uno R3 14
2.5 Hệ thống điều khiển điện - khí nén 15
2.5.1 Những đặc điểm cơ bản 15
2.5.2 Cấu trúc của hệ thống khí nén 16
2.6 Giới thiệu về cảm biến màu sắc TCS3200 18
2.6.1 Tổng quan 18
2.6.2 Đặc điểm 19
2.6.3 Nguyên lý hoạt động cảm biến mầu của linh kiện điện tử TCS3200 19
2.6.4 Arduino giao tiếp với cảm biến màu SẮC TCS3200 20
2.7 Giới thiệu về cảm biến vật cản hồng ngoại 21
2.8 Một số linh kiện khác 22
2.8.1 Động cơ DC băng tải 22
2.8.2 Nút nhấn 22
Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 24
3.1 Mô hình hệ thống 24
Trang 83.1.1 Giới thiệu về hệ thống 24
3.1.2 Chức năng toàn phần 24
3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống 24
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 24
3.2.2 Tính toán và thiết kế các khối 25
3.3 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 37
Chương 4 LẬP TRÌNH PHẦN MỀM HỆ THỐNG 38
4.1 Lưu đồ thuật toán của chương trình 38
4.1.1 Lưu đồ thuật toán chương trình chính 38
4.1.2 Lưu đồ giải thuật cho khối nhận biết màu sắc 39
4.2 Phần mềm lập trình 39
4.2.1 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển (Arduino Uno R3) 39
4.2.2 Phần mềm lâp trình cho PLC 40
Chương 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 45
5.1 Kết quả 45
5.2 Nhận xét – đánh giá 45
5.3 Hướng phát triển 46
KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
Trang 9DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2 1 Bảng phân loại chức năng của các dòng PLC S7-1200 10
Bảng 2 2 Bảng các Module hỗ trợ PLC S7-1200 11
Bảng 2 3 Thông số của mạch Arduino Uno R3 15
Bảng 2 4 Bảng sơ đồ chân 20
Bảng 2 5 Bảng lựa chọn 4 loại Photodiode 21
Bảng 2 6 Bảng chọn mở rộng tần số đầu ra 21
Bảng 2 7 Cách kết nối Arduino với module TCS 3200 21
Bảng 3.1 Bảng liệt kê các linh kiện sử dụng dòng chính 36
Trang 10DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 2.1 Tổng quan PLC S7-1200 10
Hình 2.2 Bảng tín hiệu của PLC S7-1200 12
Hình 2.3 Các Module tín hiệu PLC S7-1200 13
Hình 2.4 Các Module truyền thông PLC S7-1200 13
Hình 2.5 ARDUINO UNO R3 15
Hình 2.6 Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén 18
Hình 2.7 Hệ thống điện – khí nén 18
Hình 2.8 Cảm biến màu sắc TCS3200 trong thực tế 19
Hình 2.9 Cấu tạo cảm biến TCS 3200 20
Hình 2.10 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 22
Hình 2.11 Động cơ DC giảm tốc 12V 23
Hình 2.12 Nút nhấn 24
Hình 3.1 Mô hình chung của hệ thống 25
Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống 26
Hình 3.3 Sơ đồ kết nối cảm biến màu TCS 3200 27
Hình 3.4 Module Relay 5V 4 kênh 28
Hình 3.5 Sơ đồ chân của Relay 5v 4 kênh 29
Hình 3.6 Sơ đồ kết nối với Arduino và TCS3200 30
Hình 3.7 Sơ đồ kết nối với PLC 30
Hình 3.8 Sơ đồ chân cảm biến hồng ngoại 31
Hình 3.9 Mạch giao tiếp giữa cảm biến E3F-DS30C4 với PLC 31
Hình 3.10 Sơ đồ kết nối động cơ với PLC 32
Hình 3.11 Cấu tạo xilanh khí nén 32
Hình 3.12 Xilanh khí nén CDJ2B16-20-B 33
Hình 3.13 Van điện từ 33
Hình 3.14 Van điện từ 5/2 34
Hình 3.15 Sơ đồ kết nối của van điện từ 5/2 với PLC 34
Hình 3.16 Rơ le trung gian 8 chân 35
Hình 3.17 PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 35
Hình 3.18 Sơ đồ ngõ vào, ra và nguồn hoạt động của PLC S7-1200 CPU 1214C 36
Hình 3.19 Nguồn 24 VDC 37
Hình 3.20 Sơ đồ đấu nối dây hệ thống 38
Hình 4.1 Lưu đồ giải thuật chương trình chính của hệ thống 39
Hình 4.2 Lưu đồ giải thuật khối xử lý màu sắc 40
Trang 11Hình 4.3 Giao diện Arduino IDE 40
Hình 4.4 Biểu tượng TIA Portal V16 42
Hình 4.5 Giao diện bắt đầu của chương trình 42
Hình 4.6 Giao diện Add new device 42
Hình 4.7 Chọn cấu hình PLC 43
Hình 4.8 Giao diện làm việc 43
Hình 4.9 Giao diện viết chương trình 44
Hình 4.10 Giao diện điều khiển của hệ thống 45
Hình 5.1 Mô hình trên thực tế 46
Trang 12LỜI NÓI ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu vật chất và tinh thần của con người ngàycàng cao, vì thế bài toán về cung – cầu đang được các nhà sản xuất tìm cách giảiquyết Tự động hóa trong dây chuyền sản xuất là một phương án tối ưu, nó đòi hỏi
sự nhanh chóng, chính xác và giảm thiểu được nhân công lao động Quá trình sảnxuất càng được tự động hóa cao càng nâng cao năng suất sản xuất, giảm chi phí,tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp
Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa
sử dụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sảnxuất, gia công, chế biến sản phẩm… Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thốngsản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạtnhỏ và hàng loạt vừa trên cơ sở sử dụng máy CNC, robot công nghiệp Trong đó cómột khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán ra là hệ thống phânloại sản phẩm
Đồ án “Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200” được
nghiên cứu nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên, đồng thời giúp cho sinh viên thấyđược mối liên hệ giữa những kiến thức đã học ở trường với những ứng dụng bênngoài thực tế Đề tài có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực như: Vậnchuyển sản phẩm, đếm sản phẩm và phân loại sản phẩm Với hệ thống tự động hóanày chúng ta có thể giảm thiểu nhân công đi kèm với giảm chi phí sản xuất
Với một kiến thức tổng hợp lớn, và có nhiều phần em chưa nắm vững, dù đãtham khảo nhiều tài liệu Khi thực hiện đồ án trong tính toán không thể tránh khỏiđược những thiếu sót, hạn chế Kính mong được sự chỉ bảo, góp ý của quý thầy cô
và các bạn
Em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Cường đã hướng dẫn tận tình, tạo điều
kiện thuận lợi, hướng dẫn và chỉ bảo cho em nhiều kiến thức quý báu cho việc hoànthành đồ án tốt nghiệp
Em xin chân thành cảm ơn!
Trang 13MỞ ĐẦU
Đồ án “Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200” được
nghiên cứu nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên, đồng thời giúp cho sinh viên thấyđược mối liên hệ giữa những kiến thức đã học ở trường với những ứng dụng bênngoài thực tế Đề tài có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực như: Vậnchuyển sản phẩm, đếm sản phẩm và phân loại sản phẩm Với hệ thống tự động hóanày chúng ta có thể giảm thiểu nhân công đi kèm với giảm chi phí sản xuất
Với một kiến thức tổng hợp lớn, và có nhiều phần em chưa nắm vững, dù đãtham khảo nhiều tài liệu Khi thực hiện đồ án trong tính toán không thể tránh khỏiđược những thiếu sót, hạn chế Kính mong được sự chỉ bảo, góp ý của quý thầy cô
và các bạn
Đồ án được hoàn thành với tổng số 5 chương sau đây:
Chương 1: Tổng Quan
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế
Chương 4: Lập trình phần mềm hệ thống
Chương 5: Kết quả - Nhận xét – Đánh giá và hướng phát triển
Trang 14Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện
tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnhvực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa… Do đó chúng ta cần phảinắm bắt và vận dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp vào sựphát triển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹthuật điều khiển tự động nói riêng
Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất,
em đã được thấy nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất Một trong nhữngkhâu sản xuất tự động hóa đó là khâu phân loại sản phẩm sử dụng bộ điều khiển lậptrình PLC Siemens
Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu, em quyết định chọn đề tài: “Phân loại sản phẩm
theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200”.
Đã có khá nhiều đề tài thực hiện việc mô hình phân loại sản phẩm như phânloại theo chiều cao, phân loại theo khối lượng theo kích thước Nhưng với nhữngsản phẩm có khối lượng và kích thước nhỏ và màu sắc thay đổi theo tính chất củasản phẩm thì các mô hình phân loại kia không phù hợp Vì vậy chúng ta cần mộthướng xử lý phù hợp hơn cho hệ thống phân loại này đó là phân loại dựa trên màusắc
Và nhiều hệ thống chỉ thực hiện phân loại mà chưa thực hiện giám sát, quản lýviệc phân loại Vì vậy chúng ta cần xây dựng việc giám sát quá trình phân loại cho
hệ thống
1.2 Mục tiêu
Với đề tài này mục tiêu đề ra là tìm hiểu và nghiên cứu sâu hơn và PLC S7 –
1200 và các ứng dụng trong thực tế Từ đó thiết kế và thi công mô hình phân loạisản phẩm theo màu sắc Bên cạnh đó là điều khiển và giám sát hoạt động của môhình
1.3 Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Nghiên cứu tài liệu về PLC S7-1200, cảm biến TCS3200, boardArduino Uno R3, cảm biến vật cản hồng ngoại
Nội dung 2: Dựa trên các dữ liệu thu thập được, dựa trên đặc tính màu sắccủa sản phẩm, tiến hành lựa chọn giải pháp thiết kế và thi công mô hình Kết nốicác ngoại vi với PLC, cảm biến TCS3200 với Arduino
Trang 15 Nội dung 3: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển choPLC và Arduino Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát hệ thống
Nội dung 4: Thử nghiệm và điều chỉnh phần mềm, phần cứng để mô hìnhđược tối ưu, sử dụng dễ dàng Đánh giá các thông số của mô hình so với thông sốthực tế, hiệu suất hoạt động của hệ thống so với tính toán
Nội dung 5: Viết báo cáo thực hiện
Nội dung 6: Đánh giá kết quả thực hiện
1.4 Giới hạn
Mô hình phân loại quy mô nhỏ
Phân loại theo 3 màu: Xanh, Vàng và Đỏ
Tốc độ phân loại chưa được nhanh
1.5 Bố cục
Chương 1: Tổng Quan
Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dungnghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, các chuẩn truyềnthông, giao thức
Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế
Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lý của hệ thống
Chương 4: Lập trình phần mềm hệ thống.
Viết chương trình và đưa ra lưu đồ thuật toán
Chương 5: Kết quả - Nhận xét – Đánh giá và hướng phát triển.
Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệthống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống và đưa ra hướng phát triển
Trang 16Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm
Sau khi chế tạo, trước khi đưa sản phẩm ra thị trường, cần phải trải qua nhiềukhâu phân loại để loại bỏ sản phẩm chưa đạt yêu cầu hoặc phân loại theo từng nhómsản phẩm Sản phẩm sẽ được đưa vào hệ thống qua băng tải và đưa đến các khuphân loại theo nhiều nguyên tắc như kích thước, khối lượng và màu sắc… Để chọnlọc những sản phẩm theo đúng yêu cầu và phù hợp với nhu cầu sử dụng của ngườitiêu dùng
2.2 Nguyên tắc phân loại sản phẩm
2.2.1 Phân loại theo kích thước
Là hệ thống phân loại tự động cho sản phẩm hàng hóa, trái cây và rau quả trên
cơ sở kích thước bao gồm bộ phận cấp, phân loại, thả và thu hồi sản phẩm Máyphân loại sản phẩm theo kích thước điều khiển tự động, độ chính xác cao, hoạt động
ổn định, phù hợp cho nhiều loại sản phẩm khác nhau
Ứng dụng để phân loại sản phẩm theo khối lượng cho ngành thực phẩm, thủyhải sản, nông sản…
2.2.2 Phân loại theo màu sắc
Máy phân loại sản phẩm theo màu sắc có thể phân loại các sản phẩm như ớt, càchua, cà phê, nhựa màu, gạo, chè búp, các loại hạt…
Ứng dụng để phân loại sản phẩm theo màu sắc trong các ngành nông nghiệp,thực phẩm, dầu, hóa chất, công nghiệp dược phẩm, linh kiện điện tử, thiết bị y tế…
2.2.3 Phân loại theo khối lượng
Là hệ thống phân cỡ sản phẩm ứng dụng đa dạng các loại/kiểu sản phẩm theonguyên tắc kiểm tra khối lượng, sau đó phân ra từng cỡ trọng lượng theo yêu cầu.Ứng dụng phân loại sản phẩm theo khối lượng cho ngành thực phẩm, nông sản,trái cây…
Trang 17gì cần thiết cho ra đời một loạt sản phẩm đã tích hợp tất cả trong một thiết bị nhỏgọn đó là PLC Hệ thống tự động này gần như tối ưu khi kết hợp với máy vi tính đểđiều khiển và kiểm soát quá trình sản xuất hoàn toàn chỉ trên máy vi tính
Thật ra hệ thống điều khiển tự động này đã xuất hiện từ năm 1970 và nhanhchóng trở thành sự lựa chọn cho việc sản xuất Nhưng ở Việt Nam, còn khá nhiềucông ty hoàn toàn xa lạ với PLC Tại sao như vậy? Về giá thành? Đúng là PLC cònkhá đắt nhưng chỉ với một công ty sản xuất thì giữa đầu tư ban đầu đó với những lợiích nó đem lại thì giá thành không đáng quan tâm lắm Thật ra là do ngại thay đổi,
do chưa hiểu nhiều về PLC nên khi vận hảnh, bảo trì, bảo dưỡng, thay đổi chươngtrình gặp không ít khó khăn cho người sử dụng Vì vậy cần chủ động tiếp cận, khinắm bắt được rồi vấn đề chuyển giao công nghệ không còn đáng lo và PLC có thểhiện tính ưu việt nhờ sự hiểu biết của người sử dụng Vậy PLC là gì? Hy vọng nộidung được đề cập trong đồ án này giúp người đọc hiểu hơn về PLC
b) PLC là gì
PLC là viết tắt của Programmable Logic Controller có nghĩa là thiết bị điềukhiển logic khả trình Sự phát triển của PLC đã mang lại nhiều thuận lợi và làm chocác thao tác máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn Nó có khả năng thaythế hoàn toàn cho các phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle (loại thiết bịphức tạp và cồng kềnh); khả năng điều khiển dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lậptrình trên các lệnh logic cơ bản; khả năng định thời, đếm; giải quyết các vấn đề toánhọc và công nghệ; khả năng tạo lập, gởi đi, tiếp nhận những tín hiệu nhằm mục đíchkiểm soát sự kích hoạt hoặc đình chỉ những chức năng của máy hoặc một dâychuyển công nghiệp
Như vậy những đặc điểm làm cho PLC có tính năng ưu việt và tích hợp trongmôi trường công nghiệp:
Trang 18- Module nguồn
- Module đơn vị xử lý trung tâm
- Module bộ nhớ chương trình và dữ liệu
- Module đầu vào
- Module đầu ra
- Module phối ghép (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ)
- Module chức năng (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng)
- Interrup (Chương trình ngắt): Miền chứa chương trình ngắt được tổ chứcthành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nàokhác Chương trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra Có rất nhiều
sự kiện ngắt như: Ngắt thời gian, ngắt xung tốc độ cao …
Vùng chứa tham số của hệ điều hành: chia thành miền khác nhau:
- I (Process Image Input): Miền dữ liệu các cổng vào số, trước khi bắt đầu thựchiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữchúng trong vùng nhớ I Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếptrạng thái logic của công vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I
- Q (Process Image Output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số Kết thúc giaiđoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng
ra số Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ra mà chỉchuyển chúng tới bộ đệm Q
- M (Miền các biến cờ): Chương trình ứng dụng sử dụng những biến này dểlưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập theo bit (M), byte (MB), từ (MW)hay từ kép (MW)
- T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu giữ giátrị thời gian đặt trước (PV- Preset Value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV-Current Value) cũng như giá trị Logic đầu ra của bộ thời gian
Trang 19- C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu giữ giá trị đặttrước (PV- Preset Value), giá trị đếm tức thời (CV- Current Value) và giá trị logicđầu ra của bộ đệm.
Vùng dữ liệu
Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động Nó có thể được truy cập theo từng bit,từng byte, từng từ đơn (word) hay từ kép (double word) và được sử dụng làm miềnlưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịchchuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ…
e) Xử lý chương trình
PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp Mỗi vòng lặp được gọi là mộtvòng quét (Scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng việc đọc dữ liệu từ các cổngvào cùng bộ đệm ảo, tiếp theo giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòngquét chương trình thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc Saugiai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông và kiểm tra lỗi, vòngquét được kết thúc bằng giai đoạn chuyền các nội dung của bộ đệm ảo đến cổng ra
f) Cấu trúc chương trình
Chương trình trong S7-1200 được lưu trong bộ nhớ PLC ở vùng dành riêngcho chương trình và có thể được lập với 2 dạng cấu trúc khác nhau:
Lập trình có cấu trúc: Chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗi
phần thực thi những nhiệm vụ riêng biệt của nó, từng phần này nằm trong nhữngkhối chương trình khác nhau Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toánđiều khiển nhiểu nhiệm vụ và phức tạp PLC S7-1200 có 3 loại khối cơ bản sau:
- Loại khối Organization Block: Khối tổ chức và quản lí chương tình điềukhiển Khối này luôn được thực thi và luôn được quét trong mỗi chu kì quét
- Loại khối chương trình con: Khối chương trình với những chức năng riênggiống như một chương trình con hoặc một hàm (chương trình con có biến hìnhthức) Một chương trình ứng dụng có nhiểu khối chương trình con và các khốichương trình con này được phân biệt với nhau bằng tên của chương trình con đó
Lập trình tuyến tính: Toàn bộ chương trình nằm trong một khối bộ nhớ Loại
hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ Không phứctạp Khối được chọn phải là khối Organization Block mà PLC luôn quét và thựchiện tổng các lệnh đó thường xuyên Từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối và quay lại lệnhđầu tiên
- Loại khối chương trình ngắt: Là khối chương trình đặc biệt có khả năng traođổi 1 lượng lớn với các khối chương trình khác Chương trình sẽ được thực thi mỗikhi có sự kiện ngắt xảy ra
Trang 202.3.2 Giới thiệu về PLC S7-1200
a) Khái niệm chung PLC S7-1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm 1200 dùng để thay thế dần cho
S7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểmsoát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnhmạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng vớiS7-1200 -S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợpsẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chươngtrình điều khiển:
- Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vàoPLC
- Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình
S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.Ngoài ra có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặcRS232
Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ
ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trongTIA Portal của Siemens
Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này
đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI
Trang 21- Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên.
3: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp
4: Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượnggiúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khácnhau
Bảng 2 1 Bảng phân loại chức năng của các dòng PLC S7-1200
Chức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214CKích thước vật lý
Trang 22- 2 ngõ raKích thước ảnh tiến
trình
1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)
Thời gian lưu trữ đồng
hồ real time
Thông thường 10 ngày/ít nhất 6 ngày tại 400C
PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet
Tốc độ thực thi tính
toán thực
18 µs/lệnh
Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để
mở rộng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các moduletruyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác
Trang 23Bảng tín
hiệu (SB)
Kiểu số - - 2 x DC In / 2 x DC Out
Kiểutương tự
SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)
SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự
Trang 24Hình 2.3 Các Module tín hiệu PLC S7-1200
Chú thích:
1 Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu
2 Bộ phận kết nối đường dẫn
3 Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra
d) Các module truyền thông.
Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổsung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485
CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông
Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CMkhác)
Hình 2.4 Các Module truyền thông PLC S7-1200
Chú thích:
1 Các LED trạng thái dành cho module truyền thông
2 Bộ phận kết nối truyền thông
2.4 Giới thiệu chung về Arduino.
2.4.1 Giới thiệu chung về Arduino
Trang 25Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là nhữngngười tự sáng chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây,gần giống với những gì mà Apple đã làm được trên thị trương thiết bị di động Sốlượng người dùng cực kì lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông đếnbậc đại học đã làm cho ngay cả những người sáng tạo ra cũng phải ngạc nhiên vềmức độ phổ biến.
Arduino thực ra là một bo mạch vi xử lí được dùng để tương tác với các thiết
bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hay các thiết bị khác Đặc điểm nổi bậtcủa Arduino là môi trường phát triển ứng dựng cực kì dễ sử dụng Với ngôn ngữ lậptrình có thể học nhanh chóng ngay cả khi người học ít hiểu biết về điện tử và lậptrình Và điều làm nên Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từcứng tới mềm Chỉ với khoảng $30, người dùng đã có thể sở hữu một boardArduino có 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiềuboard mở rộng khác nhau
Một hệ thống Arduino có thể cung cấp cho bạn rất nhiều sự tương tác với môitrường xung quanh với:
Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc,vận tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyểnđộng, phát hiện kim loại, khí độc…)
Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED)
Các module chức năng (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với các thiết bị kháchoặc các kết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz,2.4Ghz…) Định vị GPS, nhắn tin SMS, và nhiều thứ thú vị khác
2.4.2 Giới thiệu chung về Arduino Uno R3.
Arduino là một hệ thống nhúng khép kín với các thiết bị ngoại vi, bộ xử lý và
bộ nhớ Ngày nay, phần lớn hệ thống nhúng được lập trình để ứng dụng trong cácthiết bị điện tử tiêu dùng, bao gồm cả máy móc, điện thoại, thiết bị ngoại vi, xe hơi,
đồ dùng điện lạnh trong gia đình… Do đó, còn có tên gọi khác là “Bộ điều khiểnnhúng”
Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, cái đầu tiên mà người tathường nói tới chính là dòng Arduino UNO Hiện dòng mạch này đã phát triển tớithế hệ thứ 3 (R3)
Trang 26Hình 2.5 ARDUINO UNO R3
Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3.
Mạch Arduino Uno R3 với thiết kế tiêu chuẩn sử dụng vi điều khiểnATmega328
Mạch Arduino Uno R3 có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu.Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40
mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điềukhiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)
Arduino Uno Broad có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tínhiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chânAREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chânanalog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chânanalog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit
Đặc biệt, Arduino Uno có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếpI2C/TWI với các thiết bị khác
Bảng 2 3 Thông số của mạch Arduino Uno R3
Điện áp đầu vào (khuyên dùng) 7-12V
Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V
Chân Digital I/O 14 (Với 6 chân PWM output)
Trang 27Chân đầu vào Analog 6
Hệ thống khí nén gồm nhiều thiết bị nhưng quan trọng nhất là máy nén khí và
bình tích áp, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lắp ráp, chế biến đặc biệt ởnhững lĩnh vực cần đảm bảo vệ sinh, chống cháy nổ hoặc ở môi trường độc hại Ví
dụ như lĩnh vực lắp ráp điện tử, chế biến thực phẩm, các khâu phân loại, đóng góisản phâm thuộc dây chuyền sản xuất tự động, trong công nghiệp gia công cơ khí,trong công nghiệp khai khoáng,
a) Các dạng truyền động sử dụng khí nén.
- Truyền động thẳng là ưu thế của hệ thống khí nén do kết cấu đơn giản vàlinh hoạt của cơ cấu chấp hành, chúng được sử dụng nhiều trong các thiết bị gá kẹpcác chi tiết khi gia công các thiết bị đột dập, phân loại và đóng gói sản phẩm
- Truyền động quay: Trong nhiều trường hợp khi yêu cầu tốc độ truyền độngrất cao, công suất không lớn sẽ gọn nhẹ và tiện lợi hơn nhiều so với các dạng truyềnđộng sử dụng các năng lượng khác Ở những hệ truyền động quay công suất lớn, chiphí cho hệ thống sẽ rất cao so với truyền động điện
b) Ưu nhược điểm của hệ thống khí nén.
Ưu điểm
- Do không khí có khả năng chịu nén nên có thể nén và trích chứa trong bìnhchứa với áp suất cao thuận lợi, như là một kho chứa năng lượng Trong vận hành,người ta thường xây dựng trạm khí nén dùng chung cho nhiều mục đích khác nhaunhư công việc làm sạch, truyền động trong các máy móc
- Có khả năng truyền tảu đi xa bằng hệ thống đường ống với tổn thất nhỏ
- Khí nén sau khi sinh công cơ học có thể thải ra ngoài mà không gây tổn hạicho môi trường
Trang 28- Tốc độ truyền động cao, linh hoạt.
- Dễ điều khiển với độ tin cậy và chính xác
- Có giải pháp và thiết bị phòng ngừa quá tải, quá áp suất hiệu quả
Nhược điểm
- Công suất chuyển động không lớn
- Do khả năng đàn hồi của khí nén khá lớn nên khi tải trọng thay đổi thì vậntốc truyền động có xu hướng thay đổi Vì vậy khả năng duy trì chuyển động thẳngđều hoặc quay đều thường là khó thực hiện
- Dòng khí nén được giải phóng ra môi trường có thể gây tiếng ồn
2.5.2 Cấu trúc của hệ thống khí nén.
Hệ thống khí nén thường bao gồm các khối thiết bị:
- Trạm nguồn: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý
khí nén (lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô)
- Khối điều khiển: Các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử điều
khiển đảo chiều cơ cấu chấp hành
- Khối các thiết bị chấp hành: Xi lanh, động cơ khí nén, giác hút.
Dựa vào năng lượng của tín hiệu điều khiển, người ta chia ra hai dạng hệthống khí nén:
- Hệ thống điều khiển bằng khí nén trong đó tín hiệu điều khiển bằng khí nén
và do đó kéo theo các phần tử xử lý và điều khiển sẽ tác động bởi khí nén
Trang 29Hình 2.6 Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén
- Hệ thống điều khiển điện - khí nén các phần tử điều khiển hoạt động bằng tín
hiệu điện hoặc kết hợp tín hiệu điện - khí nén
Hình 2.7 Hệ thống điện – khí nén
Trang 302.6 Giới thiệu về cảm biến màu sắc TCS3200.
2.6.1 Tổng quan.
Cảm biến màu hoạt động dựa trên nguyên tắc hấp thụ và phản xạ ánh sáng.Chuyển đổi cường độ ánh sáng thành tần số hoặc giá trị điện áp Sau đó tần số, giátrị điện áp này được đưa qua một bộ chuyển đổi Chính tần số hoặc giá trị điện ápnày sẽ quyết định màu sắc đã cảm nhận được
Cảm biến TCS3200 có bộ lọc màu, nó chỉ cho phép nhận biết một màu và cácmàu khác sẽ bị chặn lại Ví dụ khi lựa chọn các bộ lọc màu đỏ thì chỉ có ánh sángtới là màu đỏ mới có thể được thông qua, màu xanh và màu xanh lá cây sẽ đượcngăn chặn, nên chúng ta nhận được ánh sáng đỏ và tương tự các màu khác cũng vậyCảm biến khi có ánh sáng và chuyển đổi nó thành tần số nhất định, sau đó tần
số này được đưa vào một bộ chuyển đổi tần số Tần số được tạo ra, tương ứng vớimàu sắc của ánh sáng, tạo ra một tần số nhất định Tần số đầu ra này sau đó sẽquyết định màu sắc đã cảm nhận được Vì vậy, về cơ bản là ánh sáng đã đượcchuyển đổi thành một tần số Mỗi màu sắc có tần số riêng của nó Vì vậy, đây làcách cảm biến này có thể phân biệt giữa các màu sắc
Hình 2.8 Cảm biến màu sắc TCS3200 trong thực tế
Trang 312.6.2 Đặc điểm.
Chuyển đổi cường độ ánh sáng thành tần số có độ phân giải cao
Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số xuất ra
Dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển
Điện áp đầu vào 2.7-5.5V
2.6.3 Nguyên lý hoạt động cảm biến mầu của linh kiện điện tử TCS3200.
Cấu tạo cảm biến TCS3200 gồm 2 khối như hình vẽ phía dưới:
Hình 2.9 Cấu tạo cảm biến TCS 3200
+ Khối đầu tiên là mảng ma trận 8x8 gồm các photodiode Bao gồm 16
photodiode có thể lọc màu sắc xanh dương (Blue), 16 photodiode có thể lọc màu đỏ(Red), 16 photodiode có thể lọc màu xanh lá (Green) và 16 photodiode trắng khônglọc (Clear) Tất cả photodiode cùng màu được kết nối song song với nhau và đượcđặt xen kẽ nhau nhằm mục đích chống nhiễu
Trang 32+ Bản chất của 4 loại photodiode trên như là các bộ lọc ánh sáng có màu sắc
khác nhau Có nghĩa nó chỉ tiếp nhận các ánh sáng có cùng màu với loại photodiodetương ứng và không tiếp nhận các ánh sáng có màu sắc khác
Việc lựa chọn 4 loại photodiode này thông qua 2 chân đầu vào S2, S3:
Bảng 2 5 Bảng lựa chọn 4 loại Photodiode
High Low Clear( không có bộ lọc )
Tần số đầu ra của linh kiện điện tử TCS3200 trong khoảng 2HZ~500KHZ Tần
số đầu ra có dạng xung vuông với tần số khác nhau khi mà màu sắc khác nhau và cường độ sáng là khác nhau
Ta có thể lựa chọn tỉ lệ tần số đầu ra ở các mức khác nhau như bảng trên cho phù hợp với phần cứng đo tần số
2.6.4 Arduino giao tiếp với cảm biến màu SẮC TCS3200.
Kết nối cơ bản giữa module TCS3200 và Arduino như bảng bên dưới:
Bảng 2 7 Cách kết nối Arduino với module TCS 3200
Trang 33Cảm biến có khả năng nhận biết vật cản ở môi trường với một cặp LED thuphát hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu hồng ngoại Tia hồng ngoại phát ra vớitần số nhất định, khi có vật cản trên đường truyền của LED phát nó sẽ phản xạ vàoLED thu hồng ngoại, khi đó LED báo vật cản trên module sẽ sáng, khi không có vậtcản, LED sẽ tắt.
2.7.1 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F- DS30C4.
a) Giới thiệu
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 dùng ánh sáng hồng ngoại để xácđịnh khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắtnhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt Cảm biến có thể chỉnh khoảngcách báo mong muốn thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở
Hình 2.10 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4
Trang 342.8.1 Động cơ DC băng tải.
Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của "Direct Current Motors") là Động
cơ điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay nói dễ hiểu hơn thì đây là loại động
cơ chạy bằng nguồn điện áp DC - điện áp 1 chiều (khác với điện áp AC xoay chiều).Đầu dây ra của đông cơ thường gồm hai dây (dây nguồn - VCC và dây tiếp đất -GND) DC motor là một động cơ một chiều với cơ năng quay liên tục
Ứng dụng của động cơ DC cũng rất đa dạng và hầu hết trong mọi lĩnh vực củađời sống Trong tivi, trong đài FM, ổ đĩa DC, máy in- photo, máy côngnghiệp v v
Chiều dài motor : 66.5mm
Chiều dài trục motor: 16mm
Trang 35Hầu hết các nút nhấn là nhựa hoặc kim loại Hình dạng của nút ấn có thể phùhợp với ngón tay hoặc bàn tay để sử dụng dễ dàng Tất cả phụ thuộc vào thiết kế cánhân.
Nút nhấn được thiết kế và sản xuất theo tiêu chuẩn cao, có kiểu dáng đẹp, kếtcấu chất lượng, chắc chắn, dễ dàng lắp đặt và thay thế
Và trong bài này nhóm chúng em chọn 2 nút nhấn đó là gồm: 1 nút nhấn start, 1nút nhấn tạm dừng
Hình 2.12 Nút nhấn